JPH0641739A - 高真空・高速イオン処理装置 - Google Patents
高真空・高速イオン処理装置Info
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- JPH0641739A JPH0641739A JP19996292A JP19996292A JPH0641739A JP H0641739 A JPH0641739 A JP H0641739A JP 19996292 A JP19996292 A JP 19996292A JP 19996292 A JP19996292 A JP 19996292A JP H0641739 A JPH0641739 A JP H0641739A
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 不純物や２次生成物の発生が少なく、高真空
中でプラズマの発生を持続させ得ると共に処理用ガスの
イオン化率が高く高速でイオン処理できる装置を提供す
る 【構成】 真空室１内に導入した処理用ガスをプラズマ
により電離させ、これにより発生するイオンで該真空室
内に用意した基板７に成膜又はエッチングする装置に於
いて、該真空室の真空排気口３に高真空排気系１７を接
続し、該基板の前方に該基板の板面と直交するコイル中
心軸を有し且つ高周波発振源１４に接続されたヘリカル
コイル１３から成るヘリカルアンテナ１５を設けた 【効果】 高真空中で高密度プラズマを発生させ得、イ
オン化率が大きく向上し、イオン処理を高真空中で高速
で行なえ、不純物や２次生成物が少ないので膜質が良く
ダストによる不良品発生の少ないイオン処理を行なえる
中でプラズマの発生を持続させ得ると共に処理用ガスの
イオン化率が高く高速でイオン処理できる装置を提供す
る 【構成】 真空室１内に導入した処理用ガスをプラズマ
により電離させ、これにより発生するイオンで該真空室
内に用意した基板７に成膜又はエッチングする装置に於
いて、該真空室の真空排気口３に高真空排気系１７を接
続し、該基板の前方に該基板の板面と直交するコイル中
心軸を有し且つ高周波発振源１４に接続されたヘリカル
コイル１３から成るヘリカルアンテナ１５を設けた 【効果】 高真空中で高密度プラズマを発生させ得、イ
オン化率が大きく向上し、イオン処理を高真空中で高速
で行なえ、不純物や２次生成物が少ないので膜質が良く
ダストによる不良品発生の少ないイオン処理を行なえる
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高真空中に設けた基板
に高速で成膜し、或いは高速で基板若しくは基板上の薄
膜をエッチングするイオン処理装置に関する。
に高速で成膜し、或いは高速で基板若しくは基板上の薄
膜をエッチングするイオン処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、真空中で基板の表面に薄膜を形成
する手法としてスパッタリングやイオンプレーティング
が知られており、また、真空中で基板の表面や該表面に
形成された膜を除去する手法としてイオンエッチングが
知られている。これらの成膜やエッチングは、真空中で
発生させたＡｒガスやＯ2ガス等の処理用ガスのプラズ
マ中のイオンを利用して基板の処理を行ない、例えばＬ
ＳＩの製造工程に於ける基板の処理に利用されている。
する手法としてスパッタリングやイオンプレーティング
が知られており、また、真空中で基板の表面や該表面に
形成された膜を除去する手法としてイオンエッチングが
知られている。これらの成膜やエッチングは、真空中で
発生させたＡｒガスやＯ2ガス等の処理用ガスのプラズ
マ中のイオンを利用して基板の処理を行ない、例えばＬ
ＳＩの製造工程に於ける基板の処理に利用されている。
【０００３】スパッタリングのための装置の１例は図１
に示す如くであり、真空室ａ内にターゲットｂと基板ホ
ルダーｃに取付けた成膜用の基板ｄとを互いに対向して
設け、該真空室ａにはスパッタガスの導入口ｅと該真空
室内を真空に排気する排気系に接続された排気口ｆとを
設け、該真空室内又は該真空室外に、該ターゲットｂの
材料をスパッタするためのイオンを発生させるプラズマ
発生手段を設けて構成される。この例はターゲットｂの
前面に電界と直交する磁界ｇを発生させるための主磁石
ｈと任意に設けられる磁界を非平衡モードにするための
補助磁石ｉを備えたマグネトロンスパッタ装置を示し、
プラズマ発生手段を前記基板ｄと対向する面にターゲッ
トｂを設けたカソード電極ｊと、基板ホルダーｃを利用
したアノード電極とで構成し、これらの電極をＲＦ電源
ｋに接続したものである。該補助磁石ｉは設けられない
場合が多い。この装置は真空室ａ内に例えばＡｒガスを
導入して１０- 4Torr程度の真空圧に調整し、ＲＦ電源
ｋからの通電によりカソード電極ｊと基板ホルダーｃの
アノード電極の間には磁界ｇに拘束されたマグネトロン
放電が発生し、比較的高速で基板ｄにターゲットｂの材
料の薄膜を形成できる。尚、図示してないが主磁石ｈ、
補助磁石ｉのない形式のスパッタリング装置やＲＦ電源
ｋの代りにＤＣ電源を使用したスパッタリング装置も知
られている。カソード電極ｊに基板ｄを取付けて真空室
ａ内にプラズマを発生させれば、基板ｄのエッチングが
行なえる。
に示す如くであり、真空室ａ内にターゲットｂと基板ホ
ルダーｃに取付けた成膜用の基板ｄとを互いに対向して
設け、該真空室ａにはスパッタガスの導入口ｅと該真空
室内を真空に排気する排気系に接続された排気口ｆとを
設け、該真空室内又は該真空室外に、該ターゲットｂの
材料をスパッタするためのイオンを発生させるプラズマ
発生手段を設けて構成される。この例はターゲットｂの
前面に電界と直交する磁界ｇを発生させるための主磁石
ｈと任意に設けられる磁界を非平衡モードにするための
補助磁石ｉを備えたマグネトロンスパッタ装置を示し、
プラズマ発生手段を前記基板ｄと対向する面にターゲッ
トｂを設けたカソード電極ｊと、基板ホルダーｃを利用
したアノード電極とで構成し、これらの電極をＲＦ電源
ｋに接続したものである。該補助磁石ｉは設けられない
場合が多い。この装置は真空室ａ内に例えばＡｒガスを
導入して１０- 4Torr程度の真空圧に調整し、ＲＦ電源
ｋからの通電によりカソード電極ｊと基板ホルダーｃの
アノード電極の間には磁界ｇに拘束されたマグネトロン
放電が発生し、比較的高速で基板ｄにターゲットｂの材
料の薄膜を形成できる。尚、図示してないが主磁石ｈ、
補助磁石ｉのない形式のスパッタリング装置やＲＦ電源
ｋの代りにＤＣ電源を使用したスパッタリング装置も知
られている。カソード電極ｊに基板ｄを取付けて真空室
ａ内にプラズマを発生させれば、基板ｄのエッチングが
行なえる。
【０００４】図２に示したスパッタリング装置は、図１
の装置とプラズマ発生手段が異なり、電子サイクロトロ
ン共鳴（ＥＣＲ）によるプラズマ発生手段を備えたもの
である。このＥＣＲプラズマ発生手段は、真空室ａの一
端の外部に設けたマイクロ波導波管ｌと、該真空室ａの
外周に設けた複数個の磁石ｍとイオンを引き出すための
電位が与えられたターゲットｎを有し、真空室ａの内部
の導波管ｌ寄りの部分に該磁石ｍによりマイクロ波の入
口側で磁界が大きくその出口側で小さくなった８７５ガ
ウスの共鳴磁場を有する勾配磁場を形成しておき、該真
空室ａ内にＯ2ガスやＡｒガスの処理ガスを導入して圧
力を調整したのち２．４５GHzのマイクロ波を導入する
と、処理ガスがプラズマ化してイオンが発生し、イオン
は基板ｄの前方に設けたイオンを引き出す電位が与えら
れたターゲットｎに衝突してターゲット材をスパッタ
し、基板ｄにはスパッタされたターゲット材が堆積して
薄膜が形成される。該ターゲットｂの代りに格子状のイ
オン引出電極ｎを用意すれば、基板ｄをイオンでエッチ
ングすることが可能である。尚、上記のスパッタリング
装置に於いて、スパッタイールド（スパッタ率）を増や
すために、ターゲットに少し負のバイアス電圧、或いは
高周波をかける場合もある。
の装置とプラズマ発生手段が異なり、電子サイクロトロ
ン共鳴（ＥＣＲ）によるプラズマ発生手段を備えたもの
である。このＥＣＲプラズマ発生手段は、真空室ａの一
端の外部に設けたマイクロ波導波管ｌと、該真空室ａの
外周に設けた複数個の磁石ｍとイオンを引き出すための
電位が与えられたターゲットｎを有し、真空室ａの内部
の導波管ｌ寄りの部分に該磁石ｍによりマイクロ波の入
口側で磁界が大きくその出口側で小さくなった８７５ガ
ウスの共鳴磁場を有する勾配磁場を形成しておき、該真
空室ａ内にＯ2ガスやＡｒガスの処理ガスを導入して圧
力を調整したのち２．４５GHzのマイクロ波を導入する
と、処理ガスがプラズマ化してイオンが発生し、イオン
は基板ｄの前方に設けたイオンを引き出す電位が与えら
れたターゲットｎに衝突してターゲット材をスパッタ
し、基板ｄにはスパッタされたターゲット材が堆積して
薄膜が形成される。該ターゲットｂの代りに格子状のイ
オン引出電極ｎを用意すれば、基板ｄをイオンでエッチ
ングすることが可能である。尚、上記のスパッタリング
装置に於いて、スパッタイールド（スパッタ率）を増や
すために、ターゲットに少し負のバイアス電圧、或いは
高周波をかける場合もある。
【０００５】最近、ヘリコン波をプラズマ処理に適用し
ようとする考えが発表されている（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃ
ｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ９（２），Ｍａｒ／Ａｐｒ１９
９１）が、まだ十分な実用的な技術的手法は発表されて
いない。
ようとする考えが発表されている（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃ
ｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ９（２），Ｍａｒ／Ａｐｒ１９
９１）が、まだ十分な実用的な技術的手法は発表されて
いない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のスパッタやエッ
チングの装置は、その真空室の内部の圧力を１０- 4Tor
r以下の比較的低真空にしなければ運転できず、１０- 6
Torr程度の高真空での運転は困難であった。そして、こ
れら従来の装置に於いて成膜速度やエッチング速度を上
げようとすると、更に真空室に処理用ガスを導入して１
０- 1〜１０- 2Torrの悪い真空度で運転するしかなかっ
た。真空室の壁からは水、酸素、炭化水素などの不純物
が放出され、これらは基板に成膜された膜質に重大な影
響を与えることが知られている。また、低真空ではガス
の利用効率が悪く、大部分がそのまま或いは２次生成物
を生成して捨てられる。これら不純物や２次生成物の一
部は不純物、ダスト粒子として基板の膜に混入したり、
基板に付着し、ＬＳＩの基板の場合、回路のショートや
断線等の原因、製品の歩留まりの悪さの原因になって好
ましくない。半導体メモリーは高集積化のために微細加
工が要求されるが、これら不純物や２次生成物は微細加
工を妨げる最大の要因である。こうした不純物や２次生
成物の発生は、マグネトロン放電、ＥＣＲ放電等が先に
述べたような低真空でしか発生しないこと、これらの放
電ではガスのイオン化効率が１０％にも達せずマグネト
ロン放電では数％以下にすぎないという放電形式自体か
らくる制約が原因である。
チングの装置は、その真空室の内部の圧力を１０- 4Tor
r以下の比較的低真空にしなければ運転できず、１０- 6
Torr程度の高真空での運転は困難であった。そして、こ
れら従来の装置に於いて成膜速度やエッチング速度を上
げようとすると、更に真空室に処理用ガスを導入して１
０- 1〜１０- 2Torrの悪い真空度で運転するしかなかっ
た。真空室の壁からは水、酸素、炭化水素などの不純物
が放出され、これらは基板に成膜された膜質に重大な影
響を与えることが知られている。また、低真空ではガス
の利用効率が悪く、大部分がそのまま或いは２次生成物
を生成して捨てられる。これら不純物や２次生成物の一
部は不純物、ダスト粒子として基板の膜に混入したり、
基板に付着し、ＬＳＩの基板の場合、回路のショートや
断線等の原因、製品の歩留まりの悪さの原因になって好
ましくない。半導体メモリーは高集積化のために微細加
工が要求されるが、これら不純物や２次生成物は微細加
工を妨げる最大の要因である。こうした不純物や２次生
成物の発生は、マグネトロン放電、ＥＣＲ放電等が先に
述べたような低真空でしか発生しないこと、これらの放
電ではガスのイオン化効率が１０％にも達せずマグネト
ロン放電では数％以下にすぎないという放電形式自体か
らくる制約が原因である。
【０００７】本発明は、不純物や２次生成物の発生の少
ないスパッタリングやエッチングのイオン処理を行なえ
る装置を提供することを目的とするものである。本発明
の第２の目的は、高真空中でプラズマの発生を持続させ
得ると共に処理用ガスのイオン化率が高く高速でイオン
処理の可能な装置を提供することにある。
ないスパッタリングやエッチングのイオン処理を行なえ
る装置を提供することを目的とするものである。本発明
の第２の目的は、高真空中でプラズマの発生を持続させ
得ると共に処理用ガスのイオン化率が高く高速でイオン
処理の可能な装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記の目的
の達成のために、真空室内に導入したＡｒガスやＯ2ガ
ス等の処理用ガスをプラズマとして電離させ、これによ
り発生するイオンで該真空室内に用意した基板に成膜又
はエッチングのイオン処理を施す装置に於いて、該真空
室の真空排気口に高真空排気系を接続し、該基板の前方
に該基板の板面と交叉するコイル中心軸を有し且つ高周
波発振源に接続されたヘリカルコイルから成るヘリカル
アンテナを設けるようにした。本発明は、成膜装置或い
はエッチング装置として適用するために請求項２以下に
記載の構成を採ることが可能である。
の達成のために、真空室内に導入したＡｒガスやＯ2ガ
ス等の処理用ガスをプラズマとして電離させ、これによ
り発生するイオンで該真空室内に用意した基板に成膜又
はエッチングのイオン処理を施す装置に於いて、該真空
室の真空排気口に高真空排気系を接続し、該基板の前方
に該基板の板面と交叉するコイル中心軸を有し且つ高周
波発振源に接続されたヘリカルコイルから成るヘリカル
アンテナを設けるようにした。本発明は、成膜装置或い
はエッチング装置として適用するために請求項２以下に
記載の構成を採ることが可能である。
【０００９】
【作用】本発明をマグネトロンスパッタリング装置に適
用した場合、真空室の排気口から高真空排気系により室
内を高真空に排気し、該室内にＡｒガス等の処理用ガス
を導入して該室内を例えば１０- 5Torrの高真空に調整
する。該室内が真空排気されると、真空室の壁から水、
酸素、炭化水素などの不純物が放出されるが、該室内が
高真空になるとこれらの不純物の放出は少なくなる。
用した場合、真空室の排気口から高真空排気系により室
内を高真空に排気し、該室内にＡｒガス等の処理用ガス
を導入して該室内を例えば１０- 5Torrの高真空に調整
する。該室内が真空排気されると、真空室の壁から水、
酸素、炭化水素などの不純物が放出されるが、該室内が
高真空になるとこれらの不純物の放出は少なくなる。
【００１０】不純物の放出が収まったときにカソード電
極とアノード電極にＲＦ電源を接続すると共にヘリカル
アンテナのヘリカルコイルに高周波発振源から数MHzか
ら１３．５６MHz或いはそれ以上の周波数の電流を通電
すると、該ヘリカルアンテナで囲まれた空間内に１０-
5Torrの高真空であるにもかかわらず高密度のプラズマ
が発生し、プラズマ中のイオンがカソード電極に設けた
ターゲットをスパッタする。スパッタされたターゲット
材は基板に衝突してそこに薄膜が形成される。処理用ガ
スのイオン化率は約１００％のイオン化率になり、高真
空によりガス分子の個数が減少してもイオン化率が高い
ためにイオンの絶対数が増えてその分スパッタ量が増
え、処理用ガスがイオン化されずに排気口から捨てられ
てしまう量が少なくなるので、処理用ガスの２次生成物
も少なくなる。従って、不純物の少ない高真空中で高速
の成膜を行なえ、膜質が良く不良品発生率も少なくな
る。
極とアノード電極にＲＦ電源を接続すると共にヘリカル
アンテナのヘリカルコイルに高周波発振源から数MHzか
ら１３．５６MHz或いはそれ以上の周波数の電流を通電
すると、該ヘリカルアンテナで囲まれた空間内に１０-
5Torrの高真空であるにもかかわらず高密度のプラズマ
が発生し、プラズマ中のイオンがカソード電極に設けた
ターゲットをスパッタする。スパッタされたターゲット
材は基板に衝突してそこに薄膜が形成される。処理用ガ
スのイオン化率は約１００％のイオン化率になり、高真
空によりガス分子の個数が減少してもイオン化率が高い
ためにイオンの絶対数が増えてその分スパッタ量が増
え、処理用ガスがイオン化されずに排気口から捨てられ
てしまう量が少なくなるので、処理用ガスの２次生成物
も少なくなる。従って、不純物の少ない高真空中で高速
の成膜を行なえ、膜質が良く不良品発生率も少なくな
る。
【００１１】本発明をエッチングのイオン処理を施す装
置に適用した場合でも基板に高真空・高速で不純物によ
る障害の少ないエッチングの処理を施せる。また、プラ
ズマ発生手段が例えばＥＣＲ放電に代っても高真空・高
速でイオン処理を行なえる。
置に適用した場合でも基板に高真空・高速で不純物によ
る障害の少ないエッチングの処理を施せる。また、プラ
ズマ発生手段が例えばＥＣＲ放電に代っても高真空・高
速でイオン処理を行なえる。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明すると、
図３はマグネトロンスパッタ装置に適用した実施例を示
し、同図の符号１は、Ａｒガス等の不活性ガスやＯ2ガ
スの処理用ガスを導入するガス導入口２と、真空排気口
３を備えた真空室を示す。該真空室１の内部にはＲＦ電
源４に接続したカソード電極５と基板ホルダー６に保持
された基板７とが対向して設けられ、該カソード電極５
の前面にはターゲット８が設けられる。該カソード電極
５の背面にはターゲット８の前面に平行なマグネトロン
磁界９を形成するための電磁石１０と該磁界９を非平衡
モードにするための補助磁石１１とが設けられる。該基
板７には各種の材料が使用されるが、代表的には半導体
デバイスの場合シリコンであり、該基板７の表面には導
電膜又は絶縁膜の薄膜が形成される。基板ホルダー６は
アノードとなるようにアースに接続した。
図３はマグネトロンスパッタ装置に適用した実施例を示
し、同図の符号１は、Ａｒガス等の不活性ガスやＯ2ガ
スの処理用ガスを導入するガス導入口２と、真空排気口
３を備えた真空室を示す。該真空室１の内部にはＲＦ電
源４に接続したカソード電極５と基板ホルダー６に保持
された基板７とが対向して設けられ、該カソード電極５
の前面にはターゲット８が設けられる。該カソード電極
５の背面にはターゲット８の前面に平行なマグネトロン
磁界９を形成するための電磁石１０と該磁界９を非平衡
モードにするための補助磁石１１とが設けられる。該基
板７には各種の材料が使用されるが、代表的には半導体
デバイスの場合シリコンであり、該基板７の表面には導
電膜又は絶縁膜の薄膜が形成される。基板ホルダー６は
アノードとなるようにアースに接続した。
【００１３】以上の構成は従来のマグネトロンスパッタ
装置と特に変わりがないが、本発明の場合、該基板７の
前方に、該基板７の板面７ａと交叉するコイル中心軸１
２を有するヘリカルコイル１３と、該コイル１３に接続
した数MHzから１３．５６MHz或いはそれ以上の高周波を
出す高周波発振源１４とで構成したヘリカルアンテナ１
５を設け、真空排気口３にスパッタイオンポンプやクラ
イオポンプなどの１０- 6Torr以上に排気可能な高真空
ポンプ１６を備えた高真空排気系１７を接続した。
装置と特に変わりがないが、本発明の場合、該基板７の
前方に、該基板７の板面７ａと交叉するコイル中心軸１
２を有するヘリカルコイル１３と、該コイル１３に接続
した数MHzから１３．５６MHz或いはそれ以上の高周波を
出す高周波発振源１４とで構成したヘリカルアンテナ１
５を設け、真空排気口３にスパッタイオンポンプやクラ
イオポンプなどの１０- 6Torr以上に排気可能な高真空
ポンプ１６を備えた高真空排気系１７を接続した。
【００１４】該ヘリカルコイル１３は１本の導線で形成
したが、複数本の導線で２重以上にコイルして形成して
もよい。また、該ヘリカルコイル１３の設置場所は基板
７の板面７ａの前方であればよく、図４のように真空室
１の内部に限らず図５のように真空室１の外部に設ける
ことも可能で、図６或いは図７に示すように基板７寄り
或いはターゲット８寄りに片寄らせて設けることも可能
である。尚、真空室１の外部にヘリカルコイル１３を設
ける場合、真空室１の材料は、クオーツ或いはセラミッ
クのような誘電体、或いは絶縁体でなければならない。
該ヘリカルコイル１３の代りにレジターノコイル、ポス
ウエルアンテナ等の波長減少アンテナを使用してもよ
い。また、該ヘリカルコイル１３の外周に、真空室１内
に発生する電子が室壁に衝突して消滅することを防ぐた
めの永久磁石１８或いは電磁石を設け、磁石１８により
図８のような多極カスプ磁場、或いは図９のようなミラ
ー型磁場を真空室１内に形成して電子の室壁への衝突を
最小限にするようにした方がよい。
したが、複数本の導線で２重以上にコイルして形成して
もよい。また、該ヘリカルコイル１３の設置場所は基板
７の板面７ａの前方であればよく、図４のように真空室
１の内部に限らず図５のように真空室１の外部に設ける
ことも可能で、図６或いは図７に示すように基板７寄り
或いはターゲット８寄りに片寄らせて設けることも可能
である。尚、真空室１の外部にヘリカルコイル１３を設
ける場合、真空室１の材料は、クオーツ或いはセラミッ
クのような誘電体、或いは絶縁体でなければならない。
該ヘリカルコイル１３の代りにレジターノコイル、ポス
ウエルアンテナ等の波長減少アンテナを使用してもよ
い。また、該ヘリカルコイル１３の外周に、真空室１内
に発生する電子が室壁に衝突して消滅することを防ぐた
めの永久磁石１８或いは電磁石を設け、磁石１８により
図８のような多極カスプ磁場、或いは図９のようなミラ
ー型磁場を真空室１内に形成して電子の室壁への衝突を
最小限にするようにした方がよい。
【００１５】図３に示す装置の作動を説明すると、真空
排気口３から高真空排気系１７により室内を１０- 8Tor
r程度の高真空に排気すると、真空室１の室壁から水、
酸素等の不純物が放出され、その放出量が少なくなると
ガス導入口２から室内にＡｒガス等の処理用ガスを導入
し、該室内を例えば１０- 5Torrの高真空に調整する。
そしてマグネトロン磁界９が形成されたカソード電極５
にＲＦ電源４を接続すると共にヘリカルアンテナ１５の
ヘリカルコイル１３に高周波発振源１４から数MHzから
１３．５６MHz或いはそれ以上の周波数の電流を通電す
る。真空室内が高真空であると、通常の場合はカソード
電極５とアノードの基板ホルダー６との間で生じる放電
はすぐに消えてしまうが、本発明の場合はヘリカルアン
テナ１５で囲まれた空間内に１０- 5Torrの高真空であ
るにもかかわらず高密度のプラズマが発生し、処理用ガ
スの約１００％がイオン化される場合もある。イオン化
率はターゲット８に流れるイオン電流を測定することに
より知ることができ、従来は１０- 5Torrではプラズマ
が点火しないが、本発明の場合には従来の１０- 3Torr
程度の真空度の場合と同程度のイオン量が得られる。プ
ラズマ中に発生するイオンは電位の低いカソード電極５
に向かって飛行し、カソード電極５の前面に取付けたタ
ーゲット８に突入して該ターゲット８の材料をスパッタ
し、スパッタ物が基板７に薄膜状に付着する。イオン量
と成膜速度は比例関係にあり、従って本発明の場合、１
０- 5Torrの高真空でありながら従来の１０- 3Torrのと
きと同じ成膜速度で基板７に成膜を行なえ、高真空でし
かもイオン化率が高いので不純物、２次生成物の発生が
少なくなり、膜質と歩留まりが向上する。ヘリカルアン
テナ１５がプラズマの生成に寄与する理由の詳細はまだ
解明されていないが、高真空中で一旦発生したプラズマ
に高周波がよく吸収されてプラズマに高エネルギーが与
えられ、そのためプラズマ放電が維持されると共にプラ
ズマ中の電子が速く長く走り、周りの気体分子をイオン
化させてイオン化率が高まるためと考えられる。
排気口３から高真空排気系１７により室内を１０- 8Tor
r程度の高真空に排気すると、真空室１の室壁から水、
酸素等の不純物が放出され、その放出量が少なくなると
ガス導入口２から室内にＡｒガス等の処理用ガスを導入
し、該室内を例えば１０- 5Torrの高真空に調整する。
そしてマグネトロン磁界９が形成されたカソード電極５
にＲＦ電源４を接続すると共にヘリカルアンテナ１５の
ヘリカルコイル１３に高周波発振源１４から数MHzから
１３．５６MHz或いはそれ以上の周波数の電流を通電す
る。真空室内が高真空であると、通常の場合はカソード
電極５とアノードの基板ホルダー６との間で生じる放電
はすぐに消えてしまうが、本発明の場合はヘリカルアン
テナ１５で囲まれた空間内に１０- 5Torrの高真空であ
るにもかかわらず高密度のプラズマが発生し、処理用ガ
スの約１００％がイオン化される場合もある。イオン化
率はターゲット８に流れるイオン電流を測定することに
より知ることができ、従来は１０- 5Torrではプラズマ
が点火しないが、本発明の場合には従来の１０- 3Torr
程度の真空度の場合と同程度のイオン量が得られる。プ
ラズマ中に発生するイオンは電位の低いカソード電極５
に向かって飛行し、カソード電極５の前面に取付けたタ
ーゲット８に突入して該ターゲット８の材料をスパッタ
し、スパッタ物が基板７に薄膜状に付着する。イオン量
と成膜速度は比例関係にあり、従って本発明の場合、１
０- 5Torrの高真空でありながら従来の１０- 3Torrのと
きと同じ成膜速度で基板７に成膜を行なえ、高真空でし
かもイオン化率が高いので不純物、２次生成物の発生が
少なくなり、膜質と歩留まりが向上する。ヘリカルアン
テナ１５がプラズマの生成に寄与する理由の詳細はまだ
解明されていないが、高真空中で一旦発生したプラズマ
に高周波がよく吸収されてプラズマに高エネルギーが与
えられ、そのためプラズマ放電が維持されると共にプラ
ズマ中の電子が速く長く走り、周りの気体分子をイオン
化させてイオン化率が高まるためと考えられる。
【００１６】図１０に示す実施例はＥＣＲ放電を利用し
たスパッタリング装置に本発明を適用した実施例であ
り、その基本的構成は図２の場合と同様であり、そのプ
ラズマ発生手段は、真空室１の内部に電子サイクロトロ
ン共鳴用磁場を形成するために該真空室１の外周に設け
た３個の磁石１９ａ，１９ｂ，１９ｃと、該真空室１の
一端にセラミック窓２０を介して設けたマイクロ波の導
波管２１と、負電位を与えてイオン引き出しできるよう
にしたターゲット２２とで構成され、本発明の特徴とす
るヘリカルアンテナ１５のヘリカルコイル１３が真空室
１の放電部１ａ内に設けられ、真空排気口３にスパッタ
イオンポンプやクライオポンプなどの１０- 6Torr以上
に排気可能な高真空ポンプ１６を備えた高真空排気系１
７が接続される。この場合、基板７に成膜を行なうに
は、高真空排気系１７を作動さて真空室１内を１０- 8T
orrの高真空に排気したのちガス導入口２からＡｒガス
やＯ2ガスを導入して圧力を１０- 5Torr程度に調整し、
ヘリカルアンテナ１５を作動させると共にマイクロ波を
導波管２１から放電部１ａに導入すると、該放電部１ａ
内に高密度のプラズマが発生し、プラズマ中のイオンが
電位の低いターゲット８に衝突してスパッタし、ターゲ
ット８のスパッタされた材料が基板７に薄膜状に付着す
る。通常は１０- 6Torrの高真空ではマイクロ波放電が
持続しないが、本発明のようにヘリックスアンテナ１５
を設けることでイオン化率が１００％と高いマイクロ波
放電を行なえる。
たスパッタリング装置に本発明を適用した実施例であ
り、その基本的構成は図２の場合と同様であり、そのプ
ラズマ発生手段は、真空室１の内部に電子サイクロトロ
ン共鳴用磁場を形成するために該真空室１の外周に設け
た３個の磁石１９ａ，１９ｂ，１９ｃと、該真空室１の
一端にセラミック窓２０を介して設けたマイクロ波の導
波管２１と、負電位を与えてイオン引き出しできるよう
にしたターゲット２２とで構成され、本発明の特徴とす
るヘリカルアンテナ１５のヘリカルコイル１３が真空室
１の放電部１ａ内に設けられ、真空排気口３にスパッタ
イオンポンプやクライオポンプなどの１０- 6Torr以上
に排気可能な高真空ポンプ１６を備えた高真空排気系１
７が接続される。この場合、基板７に成膜を行なうに
は、高真空排気系１７を作動さて真空室１内を１０- 8T
orrの高真空に排気したのちガス導入口２からＡｒガス
やＯ2ガスを導入して圧力を１０- 5Torr程度に調整し、
ヘリカルアンテナ１５を作動させると共にマイクロ波を
導波管２１から放電部１ａに導入すると、該放電部１ａ
内に高密度のプラズマが発生し、プラズマ中のイオンが
電位の低いターゲット８に衝突してスパッタし、ターゲ
ット８のスパッタされた材料が基板７に薄膜状に付着す
る。通常は１０- 6Torrの高真空ではマイクロ波放電が
持続しないが、本発明のようにヘリックスアンテナ１５
を設けることでイオン化率が１００％と高いマイクロ波
放電を行なえる。
【００１７】図１１に示す実施例は、真空室１内の蒸発
源２３に用意した蒸発物２４をホローカソード電子銃２
５で蒸発させ、その蒸発物を上方の基板７に蒸着するよ
うにした蒸着装置に本発明を適用した実施例で、この場
合もヘリカルアンテナ１５で蒸発物の飛行経路を囲んで
設けると蒸発物のイオン化率が高まり、基板に強固に付
着した膜を形成できる。このヘリカルアンテナ１５の外
周に設けた磁石１８は真空室１に電子が衝突することを
防止する。
源２３に用意した蒸発物２４をホローカソード電子銃２
５で蒸発させ、その蒸発物を上方の基板７に蒸着するよ
うにした蒸着装置に本発明を適用した実施例で、この場
合もヘリカルアンテナ１５で蒸発物の飛行経路を囲んで
設けると蒸発物のイオン化率が高まり、基板に強固に付
着した膜を形成できる。このヘリカルアンテナ１５の外
周に設けた磁石１８は真空室１に電子が衝突することを
防止する。
【００１８】以上の実施例で高真空中で高速成膜の例を
説明したが、図３に示すターゲット８を取り除いてそこ
に基板７を設置し、図３の場合と同様の操作でマグネト
ロン放電を発生させればイオンにより基板７のエッチン
グを高真空・高速で行なえる。この場合、カソード電極
５の背後の磁石１０、１１を取り除けば平行平板型のエ
ッチング装置となり、高真空・高速で基板７のエッチン
グを行なえる。更に、図１０に示すＥＣＲスパッタ装置
のターゲット８を単なる引出電極２２で構成すれば、基
板７にエッチング処理を高真空・高速で施せる。これら
の場合、上記スパッタリングの実施例と同じく高真空で
しかもイオン化率が高いために不純物や２次生成物の発
生の少ない環境で基板７を高速で処理でき、基板７或い
は基板７の表面に形成された薄膜に不純物が混入するこ
とがなく、真空室１内のダスト粒子によるエッチング不
良品の発生も少なくなる。
説明したが、図３に示すターゲット８を取り除いてそこ
に基板７を設置し、図３の場合と同様の操作でマグネト
ロン放電を発生させればイオンにより基板７のエッチン
グを高真空・高速で行なえる。この場合、カソード電極
５の背後の磁石１０、１１を取り除けば平行平板型のエ
ッチング装置となり、高真空・高速で基板７のエッチン
グを行なえる。更に、図１０に示すＥＣＲスパッタ装置
のターゲット８を単なる引出電極２２で構成すれば、基
板７にエッチング処理を高真空・高速で施せる。これら
の場合、上記スパッタリングの実施例と同じく高真空で
しかもイオン化率が高いために不純物や２次生成物の発
生の少ない環境で基板７を高速で処理でき、基板７或い
は基板７の表面に形成された薄膜に不純物が混入するこ
とがなく、真空室１内のダスト粒子によるエッチング不
良品の発生も少なくなる。
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明に於いては、処理用
ガスのイオンで基板に成膜又はエッチングのイオン処理
を施す装置の真空室の真空排気口に高真空排気系を接続
し、該基板の前方に該基板の板面と交叉するコイル中心
軸を有し且つ高周波発振源に接続したヘリカルコイルか
ら成るヘリカルアンテナを設けたので、高真空中で高密
度のプラズマを発生させ得ると共にイオン化率を大きく
向上させることができ、成膜又はエッチングのイオン処
理を高真空中で高速で行なえ、不純物や２次生成物が少
ないので膜質が良くダストによる不良品発生の少ないイ
オン処理を行なえる等の効果がある。
ガスのイオンで基板に成膜又はエッチングのイオン処理
を施す装置の真空室の真空排気口に高真空排気系を接続
し、該基板の前方に該基板の板面と交叉するコイル中心
軸を有し且つ高周波発振源に接続したヘリカルコイルか
ら成るヘリカルアンテナを設けたので、高真空中で高密
度のプラズマを発生させ得ると共にイオン化率を大きく
向上させることができ、成膜又はエッチングのイオン処
理を高真空中で高速で行なえ、不純物や２次生成物が少
ないので膜質が良くダストによる不良品発生の少ないイ
オン処理を行なえる等の効果がある。
【図１】 従来のマグネトロンスパッタ装置の要部の截
断側面図
断側面図
【図２】 従来のＥＣＲ型スパッタ装置の要部の截断側
面図
面図
【図３】 本発明をマグネトロンスパッタ装置に適用し
た実施例の要部の截断側面図
た実施例の要部の截断側面図
【図４】 図３の変形例の截断側面図
【図５】 図３の第２変形例の截断側面図
【図６】 図３の第３変形例の截断側面図
【図７】 図３の第４変形例の截断側面図
【図８】 本発明の装置に適用される磁場の１例の説明
線図
線図
【図９】 本発明の装置に適用される磁場の他の１例の
説明線図
説明線図
【図１０】 本発明をＥＣＲ型スパッタ装置に適用した
実施例の要部の截断側面図
実施例の要部の截断側面図
【図１１】 本発明を蒸着装置に適用した実施例の截断
側面図
側面図
１ 真空室 ２ ガス導入口 ３
真空排気口 ４ ＲＦ電源 ５ カソード電極 ７
基板 ７ａ 板面 ８ ターゲット
９ 磁界 １０ 電磁石 １１ 補助磁石 １
２ コイル中心軸 １３ ヘリカルコイル １４ 高周波発振源 １５ ヘリカルアンテナ １６ 高真空ポンプ １
７ 高真空排気系 １８ 永久磁石 １９ａ，１９ｂ，１９
ｃ 磁石 ２１ 導波管 ２２ イオン引出電極
真空排気口 ４ ＲＦ電源 ５ カソード電極 ７
基板 ７ａ 板面 ８ ターゲット
９ 磁界 １０ 電磁石 １１ 補助磁石 １
２ コイル中心軸 １３ ヘリカルコイル １４ 高周波発振源 １５ ヘリカルアンテナ １６ 高真空ポンプ １
７ 高真空排気系 １８ 永久磁石 １９ａ，１９ｂ，１９
ｃ 磁石 ２１ 導波管 ２２ イオン引出電極
Claims (11)
- 【請求項１】 真空室内に導入したＡｒガスやＯ2ガス
等の処理用ガスをプラズマにより電離させ、これにより
発生するイオンで該真空室内に用意した基板に成膜又は
エッチングのイオン処理を施す装置に於いて、該真空室
の真空排気口に高真空排気系を接続し、該基板の前方に
該基板の板面と直交するコイル中心軸を有し且つヘ高周
波発振源に接続されたヘリカルコイルから成るヘリカル
アンテナを設けたことを特徴とする高真空・高速イオン
処理装置。 - 【請求項２】 上記ヘリカルコイルは１本の導線で形成
され、上記真空室の内部又は外部に設けたことを特徴と
する請求項１に記載の高真空・高速イオン処理装置。 - 【請求項３】 上記真空室内にターゲットと成膜用の基
板とを互いに対向して設け、該真空室にはスパッタガス
の導入口と該真空室内を真空に排気する排気系に接続さ
れた排気口とを設け、該真空室内又は該真空室外に、該
ターゲットの材料をスパッタするためのイオンを発生さ
せるプラズマ発生手段を設けた成膜装置に於いて、該タ
ーゲットと基板の間の空間の側方周囲を高周波発振源に
接続したヘリカルコイルから成るヘリカルアンテナで囲
み、該排気口に高真空排気系を接続したことを特徴とす
る請求項１に記載の高真空・高速イオン処理装置。 - 【請求項４】 上記プラズマ発生手段は、上記基板と対
向する面にターゲットを設けたカソード電極と、導電体
または導電体から成る真空室の室壁または基板のホルダ
ーのアノード電極とで構成し、これらの電極はＤＣまた
はＲＦ電源に接続したことを特徴とする請求項３に記載
の高真空・高速イオン処理装置。 - 【請求項５】 上記プラズマ発生手段は、上記基板と対
向する面にターゲットを取付け且つ該面にマグネトロン
の磁界を形成する磁石を備えたカソード電極と、導電体
または導電体から成る真空室の室壁または基板のホルダ
ーのアノード電極とで構成し、これらの電極をＤＣ又は
ＲＦ電源に接続したことを特徴とする請求項３に記載の
高真空・高速イオン処理装置。 - 【請求項６】 上記真空室内にカソード電位のスパッタ
リング或いはエッチング用の基板を設け、該真空室には
スパッタリング或いはエッチングガスの導入口と該真空
室内を真空に排気する排気系に接続された排気口とを設
け、該真空室内又は該真空室外に、該スパッタリング或
いはエッチングガスをイオン化するためのプラズマ発生
手段を設けたスパッタリング或いはエッチング装置に於
いて、該基板の前方の空間の側方周囲を高周波発振源に
接続したヘリカルコイルから成るヘリカルアンテナで囲
み、該排気口に高真空排気系を接続したことを特徴とす
る請求項１に記載の高真空・高速イオン処理装置。 - 【請求項７】 上記プラズマ発生手段は、上記基板を取
付けたカソード電極と、導電体または導電体から成る真
空室の室壁のアノード電極とで構成し、これらの電極を
ＤＣまたはＲＦ電源に接続したことを特徴とする請求項
６に記載の高真空・高速イオン処理装置。 - 【請求項８】 上記プラズマ発生手段は、上記基板を取
付け且つ該基板の前面にマグネトロンの磁界を形成する
磁石を備えたカソード電極と、導電体または導電体から
成る真空室の室壁のアノード電極とで構成し、これらの
電極をＤＣまたはＲＦ電源に接続したことを特徴とする
請求項６に記載の高真空・高速イオン処理装置。 - 【請求項９】 上記プラズマ発生手段は、真空室の内部
に電子サイクロトロン共鳴用磁場を形成するための磁石
と、該真空室内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入
管と、イオン引出電極とで構成したことを特徴とする請
求項３又は請求項６に記載の高真空・高速イオン処理装
置。 - 【請求項１０】 真空室内の下方にホローカソード電子
銃等の熱源により加熱蒸発する蒸発材を収めた蒸発源を
設け、該蒸発源の上方に成膜用の基板を設け、該真空室
にその内部を真空に排気する排気系に接続された排気口
を設け、該蒸発源から基板へ向かう蒸発物の経路の外周
にヘリカルコイルを設けた成膜装置に於いて、該ヘリカ
ルコイルを高周波発振源に接続し、該排気口に高真空排
気系を接続したことを特徴とする高真空・高速イオン処
理装置。 - 【請求項１１】 上記ヘリカルアンテナの外周にミラー
磁場または多極カスプ磁場を形成する磁石を設けたこと
を特徴とする請求項３または請求項６または請求項１０
に記載の高真空・高速イオン処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4199962A JP2973058B2 (ja) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | 高真空・高速イオン処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4199962A JP2973058B2 (ja) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | 高真空・高速イオン処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0641739A true JPH0641739A (ja) | 1994-02-15 |
| JP2973058B2 JP2973058B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=16416506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4199962A Expired - Lifetime JP2973058B2 (ja) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | 高真空・高速イオン処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2973058B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6342139B1 (en) | 1999-02-02 | 2002-01-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Sputtering system |
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| KR20180003249A (ko) * | 2016-06-30 | 2018-01-09 | (주)에스엔텍 | 고밀도 플라즈마 증착 장비 |
| US10047430B2 (en) | 1999-10-08 | 2018-08-14 | Applied Materials, Inc. | Self-ionized and inductively-coupled plasma for sputtering and resputtering |
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-
1992
- 1992-07-27 JP JP4199962A patent/JP2973058B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2973058B2 (ja) | 1999-11-08 |
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| Date | Code | Title | Description |
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